Récepteur bandes amateurs en bois.
Bien sûr ce n’est pas un récepteur en bois, mais sur planche de bois.
Le but de ce projet est de réaliser un récepteur le plus simple
possible permettant une écoute des principales bandes amateurs
décamétriques (15 17 20 40 80 m) en haut-parleur, avec une sélectivité
adaptée à la SSB et une sensibilité suffisante pour fonctionner sur
antenne Lévy de 2 * 10 m. Seul un superhétérodyne peut remplir ce
cahier des charges.
Pour des raisons de simplicité, il a été décidé de réaliser ce montage
sur une planche de bois de 20 cm sur 32 cm. Des petits clous d'un mm
sur 16 mm, servent de points de connexion. Le changement de gamme de
réception ne s'effectue pas par un commutateur, mais par le
remplacement de 2 bobines interchangeables. Grâce à ce système, la
réalisation du récepteur et le réglage des circuits oscillants est
extrêmement facilités. Les bobines interchangeables permettent
d'obtenir un excellent rendement. Seuls des transistors bipolaires sont
utilisés du fait de leur robustesse. Des composants avec des pattes
suffisamment longues ont été sélectionnés de façon à faciliter le
câblage. Pour chaque fonction, il n’y a qu’un transistor afin d’éviter
les accrochages. Enfin, Il n'y a aucun condensateur variable ou
ajustable, mais seulement trois diodes varicaps.
Le schéma synoptique est classique, identique à celui de nombreux
récepteur réalisé depuis la fin des années 30. Le changement de
fréquence s'effectue à l'aide d'un transistor oscillateur et d'un
transistor mélangeur. L'étage FI ne comporte qu'un seul transistor. De
façon à compenser le gain relativement faible en FI, la démodulation
s'effectue avec un transistor bipolaire. Deux BFO sont prévus, l'un
pour l'écoute de la bande latérale supérieure, l'autre pour l'écoute de
la bande latérale inférieure. Un seul circuit intégré donne une
amplification suffisante pour une bonne écoute en haut-parleur. Un
transistor en parallèle du haut-parleur permet un contrôle automatique
de volume relativement efficace, bien qu'extrêmement simple.
Le choix de la fréquence intermédiaire est critique. Plus la fréquence
intermédiaire est élevée, plus la fréquence image est atténuée.
Cependant, dans le même temps la fréquence de l'oscillateur local tend
à augmenter ce qui diminue la stabilité en fréquence. Par ailleurs, il
faut éviter que la fréquence intermédiaire, son harmonique 2 et la
fréquence image soient sur une gamme de radiodiffusion. Enfin, il faut
que des quartz soient disponibles et bon marché pour cette fréquence.
Le choix final s'est porté sur une fréquence intermédiaire de 10.245
MHz.
L'absence d'étage RF facilite la réalisation du montage. En son
absence, le facteur de bruit de l'étage mélangeur de fréquence doit
être faible possible. Les transistors bipolaires permettent d'obtenir
facilement un bon facteur de bruit associé à une certaine amplification
alors que d'autres mélangeurs, ayant un excellent facteur de bruit,
atténuent le signal. Certes, les transistors sont sensibles à la
transmodulation, mais l'absence d'amplification RF préalable permet
d'obtenir des résultats corrects.
Examinons le schéma étage par étage.
L'étage mélangeur est
classique. Les transistors bipolaires ont un gain réel (bien que
modéré) et un rapport signal sur bruit correct au détriment d'une
mauvaise résistance aux signaux forts à l'origine d'un effet de
transmodulation important. Il faut donc obligatoirement utiliser un
potentiomètre permettant d'atténuer les signaux en cas de réception de
stations puissantes. Ce potentiomètre sert aussi de gain général pour
le récepteur. Le courant collecteur du mélangeur doit être plus faible
que pour un étage amplificateur. La valeur de la résistance du circuit
collecteur doit être adaptée à l'impédance du filtre à quartz.
Remarquez le condensateur de 47 pF entre base et émetteur. Ce
condensateur est extrêmement important, en particulier pour atténuer
les stations de la bande FM. Ses connexions avec la base et l’émetteur
doivent être extrêmement courtes. Les deux diodes tête-bêche 1N4148
servent à protéger le transistor des champs RF induits à proximité d'un
émetteur. Si vous n'utilisez pas d'émetteur, vous pouvez supprimer ces
diodes. Un circuit bouchon accordé sur 10,245 MHz dans circuit
d'antenne est indispensable pour éviter l'entrée de signaux
indésirables dans l'amplificateur FI. Un interrupteur permet de choisir
2 points de polarisation, local ou DX.
L'oscillateur est un montage
Colpitts. Pour obtenir une bonne stabilité, il faut employer une
capacité d'accord la plus importante possible. Cette capacité d'accord
est la résultante du condensateur Ct, des deux condensateurs de 220 pF
en série pour le couplage de l’émetteur du transistor, et de la
résultante de Cs - Cp et la varicap. Les 2 condensateurs Cs Cp
permettent un bon étalement de chaque gamme. L'accord de l'oscillateur
se fait par une diode varicap. Un potentiomètre de 47 kohm 10 tours
permet de parcourir la totalité de la gamme voulue, un deuxième
potentiomètre 47 kohm simple tour permettant un accord fin. Un vu mètre
de 250 mA sert de cadran rudimentaire. Pour obtenir une bonne stabilité
en fréquence, il est indispensable que tous les condensateurs de cet
étage d'une valeur inférieure à 1000 pF soient des condensateurs
céramiques NPO. C'est aussi indispensable pour le condensateur de 3 pF
et celui de 47 pF qui sont réunis à la base du transistor mélangeur.
Le filtre à quartz est du type
QER. Ce type de filtre quartz permet d'obtenir une excellente courbe de
réponse tout en étant facile à régler, les condensateurs employés ayant
tous la même valeur. Ces filtres peuvent être calculés de façon simple
en suivant le tutoriel sur la page suivante :
http://www.rotilom.com/F6IDT/filtre_quartz.htm . Ce filtre emploie 8
quartz, cependant il agit d'un filtre 6 pôles. Vous pouvez modifier la
bande passante en modifiant la valeur des condensateurs. La bande
passante de 3 Khz est bien adaptée à la SSB et permet aussi de décoder
la télégraphie avec une sélectivité large ou de détecter la modulation
d’amplitude avec une sélectivité étroite.
L'étage amplificateur de la fréquence intermédiaire
ne comporte qu'un seul transistor. En effet, les risques d'auto
oscillation augmentent de façon importante avec le nombre d'étages.
Remarquez la résistance de 100 ohms et le condensateur de 22 pF qui
servent à empêcher des auto oscillations UHF ainsi que l’entrée en
direct de stations de la bande FM. À la sortie de cet étage, un circuit
oscillant accordé 10,245 MHz est indispensable. Là encore, l'accord se
fait par varicap.
Le démodulateur est un
transistor en collecteur commun. Ce montage est celui qui représente le
meilleur compromis entre une bonne sensibilité et une bonne stabilité.
Il faut que le transistor fonctionne avec une faible intensité
collecteur.
L'amplificateur basse fréquence comporte deux transistors.
Des Darlingtons ont été choisis pour obtenir un maximum de gain avec un
minimum de composants. Quatre circuits intégrés ont été essayés, mais
les résultats ont été décevants. L’utilisation d’un amplificateur en
classe AB aboutit à des pics de courant qui modifie la tension des
varicaps ce qui aboutit à une modulation de fréquence de l’oscillateur
variable, malgré les différentes régulations. Le système de contrôle
automatique de volume est difficile à régler avec un circuit intégré.
L’utilisation d’un amplificateur en classe A avec des transistors
résout les 2 problèmes, au prix d’une consommation de 250 mA en
continu. Un petit radiateur est indispensable pour le TIP122. il permet
d'obtenir une puissance BF tout à fait acceptable pour l'écoute forte
en haut-parleur (0,5 W mesuré). Un interrupteur de "stand-by" permet de
connecter la sortie de l'amplificateur sur le haut-parleur ou à la
masse. Cet interrupteur n'est utile que si le récepteur est associé à
un émetteur. Il permet de rendre muet le récepteur pendant l'émission.
Le circuit de contrôle automatique de volume,
bien que rudimentaire, est relativement efficace. Le principe de base
est de connecter un transistor en parallèle du haut-parleur. Quand la
tension de sortie de l'amplificateur AF dépasse 0,6 V, le transistor
devient conducteur et diminue la tension de polarisation de la base du
transistor amplificateur FI. Un dispositif potentiométrique permet de
faire varier la tension AF appliquée à la base du transistor, de façon à
régler le niveau de déclenchement du contrôle automatique de volume. Le
condensateur de 10µF règle la constante de temps de réaugmentation du
gain après l’écoute d’un signal fort, alors que la résistance de 1Kohm
règle la constante de temps d’attaque de la diminution de gain. Si cette
constante de temps est trop courte, la moindre impulsion parasite
bloque le récepteur.
La démodulation de la SSB impose de réintroduire la fréquence porteuse supprimée à l'émission. Il faut donc utiliser un BFO.
La fréquence porteuse étant différente en bande latérale supérieure
(fréquence porteuse en dessous de la bande passante du filtre FI) et en
bande latérale inférieure (fréquence porteuse au-dessus de la bande
passante du filtre FI), le plus simple est d'employer deux BFO
différents. Un interrupteur ON OFF ON applique la tension
d'alimentation à l'un ou l'autre BFO permettant de choisir la bande
latérale adéquate, où en l'absence de BFO de détecter la modulation
d'amplitude. Chaque BFO est constitué d'un transistor avec un quartz
10,245 MHz. En fonction des quartz, vous devrez probablement modifier
la valeur des condensateurs de base et de collecteur pour obtenir une
fréquence correcte. À noter un fil qui sert d’antenne pour chaque
transistor. Il faut régler la longueur de ces fils en les rapprochant
plus ou moins du filtre à quartz de façon à obtenir la meilleure
sensibilité pour la démodulation de la SSB.
Le récepteur doit être alimenté par une alimentation 12 V régulée. À
partir de cette tension régulée, une deuxième régulation à 9,4 V est
utilisée pour alimenter l'oscillateur local et toutes les varicap. Les
2 diodes 1N4007 en série avec la varicap améliorent nettement la
régulation en cas de changement de température.
La face avant du récepteur comprend l'interrupteur de "stand-by", le
potentiomètre de gain d’antenne, le potentiomètre d'accord du circuit
oscillant d'antenne, le potentiomètre 10 tours permettant de parcourir
la totalité de chaque gamme, le potentiomètre d'accord fin, le
potentiomètre du contrôle automatique de gain (AVC) et interrupteur
local DX. Le commutateur pour les BFO est fixé sur la planche de bois.
Les socles des 2 fiches DIN utilisés pour recevoir les bobines
interchangeables doivent être impérativement à plus de 15 cm des
boutons de commande de la face avant pour éviter tout effet de main.
Les bobinages du circuit d'entrée et de l'oscillateur sont du type
interchangeable. L'emploi de bobines interchangeables dans les
réalisations amateurs était habituel jusqu'aux débuts des années 50. En
effet, l'absence de commutateur facilite la réalisation, et permet
éventuellement d'ajouter de nouvelles gammes secondairement, par
exemple de radio diffusion. Des prises DIN quatre broches ont été
utilisées. Ces prises ont le mérite d'être encore fabriquées
aujourd'hui, d'être peu coûteuses et de taille relativement réduite.
Pour les bobines du circuit antenne, le plus simple est d’utiliser des
bobines miniatures. Les 2 inductances doivent être cote à cote. À noter
que pour les bandes hautes (15 et 17 m), il est indispensable
d’utiliser 2 bobines primaires entourant la bobine secondaire pour
obtenir un couplage suffisant. Pour l’oscillateur, il est indispensable
de réaliser les bobines. Elles n’ont pas de mandrin (réalisation « en
l’air).Elles utilisent soient du fil électrique d'installation de 20 A
(2,5 mm²), soit du fil de câblage monoconducteur à isolation PVC (câble
YV) de diamètre extérieur de 1,1 mm (0,5 mm pour le conducteur). Quand
tout est au point, les spires sont collées à la colle cyanolite liquide
(superglue). J’ai réalisé les bobines sur un mandrin cylindrique de 22
mm de diamètre (lampe noval). Ces bobines, avec les condensateurs Ct Cs
Cp, sont soudées directement sur les broches de la fiche DIN.
En pratique, une fois les bobines oscillatrices réalisées, il faut
choisir par essais multiples la valeur des condensateurs Ct Cs et Cp.
Pour commencer Cp est choisi à 220 pF, Cs en fonction du tableau et Ct
permettant d’être un peu plus haut en fréquence que la valeur désirée.
Il faut alors vérifier que la largeur de la gamme est satisfaisante ou
modifier Cs de façon adéquat. Il ne reste plus alors qu’à la fréquence
désirée en ajoutant en parallèle de Ct des condensateurs de petite
valeur. L’achat d’un assortiment de condensateurs céramiques NPO
facilite beaucoup la tâche (Ceramic Capacitors Assortment Kit npo). Le
condensateur Cs permet d’ajuster l’étalement de la bande. Un autre
récepteur récepteur en position SSB, sans antenne extérieure, aide
beaucoup au réglage.
Le circuit bouchon 10,245 MHz placé dans la connexion d’antenne est
réalisé avec une petite self moulée de 2.2 µH et un condensateur de
valeur adéquat en parallèle. Ces composants ont souvent une tolérance
importante. Il faut donc mesurer précisément avec un pont de mesure
(LC200A) la valeur de la self, calculer la valeur de la capacité
nécessaire pour l’accord sur 5 MHz, choisir un condensateur de valeur
normalisée immédiatement inférieure, mesurer sa valeur réelle, calculer
la différence pour choisir un ou deux condensateurs supplémentaires
permettant d’approcher la valeur cible totale avec moins de 5 pF de
différence. Le résultat final est excellent, aucun autre réglage
n’étant nécessaire.
Sur 14 MHz, des fréquences images dans la bande des 6 MHz sont
nettement audibles. Il faut mettre un circuit bouchon accordé sur 6,3
MHz. Celui-ci est réalisé de la même façon que le circuit bouchon
accordé sur la FI, mais avec une inductance de 4,7 µH. Ce circuit
bouchon est placé directement sur la fiche DIN prévue pour le 20 m.
Ce récepteur est agréable à utiliser. Sur les cinq bandes, le souffle
apporté par l'antenne Lévy de 2 * 10 m est nettement audible en SSB. La
sélectivité est bien adaptée à la SSB, avec élimination de la bande
latérale indésirable. Le contrôle automatique de volume est
appréciable. Il est possible d'écouter de la modulation d'amplitude «
sur le flanc » de façon à conserver suffisamment d'aiguës. La
sensibilité est toutefois plus faible en AM qu'en SSB du fait de
l'absence de BFO.
Accord antenne : inductances miniatures
Bande / Secondaire / Primaire
15 m et 17 m/ 1 µH / 1,1 µH (2x 2,2 µH en parallèle)
20 m / 2,2 µH / 2,2 µH
40 m / 10 µH / 4,7 µH
80 m / 22 µH / 10 µH
Oscillateur
15 m / 10,755 MHz à 11,205 MHz / 3 tours / Ct = 481 pF / Cs = 220 pF / Cp = 220 pF
17 m / 7,823 MHz à 7,923 MHz / 4 tours / Ct = 780 pF / Cs = 156 pF / Cp = 220 pF
20 m / 3,755 MHz à 4,105 MHz / 8 tours / Ct = 570 pF / Cs = 680 pF / Cp = 220 pF
40 m / 3,245 MHz à 3,045 MHz / 10 tours / Ct = 680 pF / Cs = 470 pF / Cp = 220 pF
80 m / 6,745 MHz à 6,445 MHz / 5 tours / Ct = 827 pF / Cs = 330 pF / Cp = 200 pF
Fil électrique 20A 2.5mm2 (15 17 80m)
Fil de câblage 0.2mm2 (20 40m)
Diamètre 22 mm
Olivier Ernst
F5LVG
Novembre 2016
